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第三章 无源元件 引言 趋肤效应 分立无源元件 集成无源元件 有源电感 硅衬底上的传输线 第三章 Z. Q. LI 1 引言 衡量一种工艺是否适合于射频电路的集成不仅要看它能否提供高频性能优良的晶 体管,还要看它能否提供高品质的无源元件 – 分立无源元件和有源元件相比价格低,且容易实现。 – 与分立元件电路设计相反,集成电路中晶体管随手可得而且所占面积越来越小, 而无源元件却因占用面积较大,代价昂贵。并且由于要兼顾整体性能,尤其是晶 体管的性能,集成无源元件的品质常常差强人意,因此无源元件的大量使用对集 成显然是不利。 – 随着工艺的发展,当晶体管性能已经获得大幅度的提高,无源元件逐步成为电路 集成的瓶颈时,改进工艺就显得有必要。例如CMOS工艺,目前有混合信号/射频 CMOS工艺(Mixed-Signal/RF CMOS),它们与传统CMOS工艺的主要区别在于提 供了顶层厚金属(2um, 4um) ,用于实现较高品质的无源元件,同时提供RF MOSFET。 集成无源元件的选择依据:成本( 占用面积小)、品质因数、工作频率、寄生参数、 容差(Tolerance)、匹配(Matching)、稳定性(温度系数)、线性度(是否随电压变化) 等 第三章 Z. Q. LI 2 引言 集成电路中的 “层” (Layer) – 集成电路是在一块基座上不同几何尺寸的不同材料的堆砌 • 基座:衬底(Substrate),机械支撑作用,构成元件的基本材料 • 半导体:不同掺杂浓度的半导体材料,主要用于形成有源器件 • 绝缘层:二氧化硅等,用作隔离和介质 • 连接层:金属、多晶硅,器件之间的连接;可构成电阻、电容、电感 – 硅(CMOS)工艺中的物理层 • P型或N型硅衬底,典型电阻率约10Ω-cm,数百微米厚 • P阱、N阱(P-well, N-well),方块电阻1kΩ,制作晶体管的基础,阱与阱之间,阱与衬 底之间具有隔离作用 • P型和N型扩散层(P-diff, N-diff),MOS管的源、漏极 • 多晶硅(Polysilicon或Poly) • 金属(M1,M2,…..) • 接触孔(Contacts, Metal-Si) 和过孔(Vias, Metal-Metal) 第三章 Z. Q. LI 3 趋肤效应 电流分布 ─ 直流电流 对于直流信号来说,导线的全部横截面都用来传输电流,电流均匀 分布于整个横截面,直流电流密度可以表示为 I J 0 S 其中I 为直流电流,S 为导线的横截面积。 对一个半径为a,长度为l ,电导率为σ 的圆柱形导体,其直流电阻 为 a l R

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